This post is also available in:
English (אנגלית)
חוקרים באוניברסיטת קנזס הגיעו לתגלית פורצת דרך בתחום של מוליכים למחצה אורגניים, אשר עשויה להוות תחילתו של עידן חדש עבור תאים סולאריים.
סיליקון, המוערך בשל יעילותו ועמידותו, שולט בתחום האנרגיה הסולארית כבר שנים. עם זאת, הקשיחות שלו ועלויות הייצור הגבוהות שלו מגבילות את השימוש בו במשטחים מעוקלים ומונעות פיתוחים חדשים. מוליכים למחצה אורגניים, הם חומרים מבוססי פחמן המציעים חלופה גמישה במחיר זול יותר. עפ"י וואי-לון צ'אן, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת קנזס, ניתן להשתמש בשיטות המבוססות טבילה בתמיסה, ובכך לצפות מגוון משטחים שרירותיים בחומר שיהפוך אותם לפאנל סולרי, ממש כמו לשים צבע על קיר. פרופ' צ'אן מסביר כי דבר זה יכול להפחית דרסטית את עלויות הייצור של פאנלים סולריים, תוך כדי מתן אפשרות לעצבם באופן יצירתי, כגון לוחות סולאריים שקופים או צבעוניים המשתלבים עם הארכיטקטורה של הבניין עליו מונחים.
כל זה נשמע מבטיח, אבל למעשה תאים סולאריים אורגניים לא הצליחו לעמוד בהישגים של אלו העשויים סיליקון. בדרך כלל, הם משיגים רק כ-12% יעילות בהשוואה ל-25 האחוזים המרשימים של הסיליקון. אבל יש תקווה באופק: שימוש בחומרים הנקראים non-fullerene acceptors (NFAs) העלתה את יעילות התאים האורגניים לכ-20%, ובכך צמצמה משמעותית את הפער.
קפיצה זו בביצועים סקרנה את צוות המחקר, והם החלו לנסות ולגלות את הסוד מאחורי NFAs. להפתעתם, הם גילו כי אלקטרונים מעוררים ב NFAs יכולים למעשה לקבל אנרגיה מסביבתם ולא לאבד אותה, בניגוד לתהליך שקורה בדרך כלל. הם הצליחו לגלות זאת באמצעות טכניקה מתקדמת הנקראת time-resolved two-photon photoemission spectroscopy, שאפשרה להם לעקוב אחר אנרגיה של אלקטרונים מעוררים בזמן אמת.
החוקרים מאמינים כי תופעה זו קשורה למכניקת הקוונטים ולתרמודינמיקה. ברמה הקוונטית, אלקטרונים מעוררים יכולים להתקיים על כמה מולקולות בבת אחת, ויחד עם החוק השני של התרמודינמיקה, זה יכול לגרום להפיכה של כיוון זרימת החום.
בהודעה לעיתונות, סטודנט לתואר שני קושאל ריחאל הסביר: "עבור מולקולות אורגניות מסודרות במבנה ננומטרי ספציפי, כיוון זרימת החום הרגיל מתהפך כדי לאפשר עלייה באנטרופיה הכוללת. זרימת חום הפוכה זו מאפשרת לאקסיטונים ניטרליים לקבל חום מהסביבה להתנתק לכדי זוג מטענים – חיובי ושלילי. מטענים חופשיים אלה יכולים, בתורם, לייצר זרם חשמלי".
עם ממצאים אלה, העתיד של אנרגיה סולארית נראה בהיר יותר מאי פעם.
